基于历史遥感影像的石摞摞山遗址空间考古研究

来源:中国文物报
作者:邹子婕 田松林 秦昱

以石摞摞山遗址为代表的陕西榆林地区龙山时期城址受黄土高原水土流失等因素影响,遗址地貌特征变化较大,甚至部分遗迹结构因此受到破坏而难以考证。本文借助KH-4B锁眼卫星拍摄的石摞摞山遗址区域遥感图像,结合考古调查和发掘资料,以遥感考古方法研究石摞摞山遗址的空间特征,充实陕北地区史前石城的空间考古研究方法。

石摞摞山遗址的考古发现

新石器时代晚期的陕西北部,即以榆林、延安为核心的河套地区南部,开始出现大量依托山峁修建的各类石城、台城和一般性聚落。这些城址和聚落相较于同时期的平原城址,呈现出独特的形态。选择山峁的平缓梁脊砌筑石墙或夯土墙,在山顶台地修筑大型建筑、居址。大型城址石峁、较小的石摞摞山等,已经具备范围相当大的区域政治、经济中心,或小流域范围的核心聚落。

石摞摞山遗址地处陕西省榆林市佳县,位于五女河西南岸的孤立山峁之上。2003年,陕西省考古研究院对其进行考古发掘,清理发掘了内外城墙,外城西侧的护城壕及其内侧的石砌护坡墙,灰坑、窖穴、房址等遗迹,并出土陶鬲、盆、罐等龙山时期遗物。依据考古地层和遗物确定其为龙山城址,并有极少的商时期遗存,其城址基础结构部分的年代则属于龙山文化早期,这是陕西境内首次确认的龙山时代的石城聚落,为研究陕北榆林地区龙山时期城址提供了重要信息。相较于一般的龙山时期聚落址,石摞摞山遗址存在较为明显的地表遗迹现象,透过遥感数据可反映城址的空间范围和基础结构特征。然而遗址所处的五女河流域地处水土流失严重的黄土高原,地貌受外力侵蚀严重,因此早期的遥感影像相较于当下而言具有更完整和丰富的遗迹线索,可在考古发掘所认识的基础上,进一步增加对其城墙结构、遗址状况等基本状况的观察,进而以更接近遗址较早形态的考古材料研究,了解其背后的城址建造方法、技术及其反映的文化内涵。

石摞摞山历史遥感数据的获取和处理

1960—1980年间KH-4至KH-9详细记录了大规模现代化建设前地球表面的景观变迁。其中KH-4系列由于拍摄时间较早(1960—1970年)、成像质量高且范围基本覆盖全球,能观察更丰富的地貌景观特征,因此被广泛应用于寻找“消失的古城”,成为观察考古遗址较早时期形态的视窗。本研究所采用的石摞摞山影像数据,则选取了1967年KH-4B拍摄的五女河流域影像数据,包含了遗址及其周边景观信息,可有效解译潜在的遗迹空间线索。

鉴于KH-4B卫星拍摄时尚未出现全球卫星定位系统,原始影像档案不具备空间位置信息。因此需要借助当今彩色卫星影像进行对比和校准。首先根据遗址位置附近自然地标,在KH-4B影像中确定遗址位置,选取可全面覆盖遗址及其周围1~2千米的景观部分进行裁切。裁切后建议将影像调整至上北下南方向,便于后续配准。配准则是采用Global Mapper进行,将一张具有定位数据的卫片导入该软件后,再导入无定位源KH-4B裁切影像后会自动弹出配准提示窗,点击“手动配准”后即可进入配准界面,选择特征明显的地物,如河流弯曲点、山脊、山头等,在KH-4B裁切图幅中均匀布设20~30个控制点,确保配准后的KH-4B影像不会出现大面积扭曲和畸变。最后导出配准后影像,将其配置在地理信息系统中,即可实现古今图源对比、地形重建、遗迹要素标记等空间计算、分析和可视化制图。相关成果可比照考古发掘和研究的既有认知,进一步深化石摞摞山遗址台城形态结构、空间特征等方面的认知。

基于KH-4B卫片的遗址空间考古观察

依上述方法,得到了具有地理信息的石摞摞山遗址核心区及其周边景观的1967年遥感数据。遗址地貌整体形态特征变化不大,但植被覆盖率较低,因此可更全面地观察裸土形态下的遗址空间形态。山脊和山峁坡体部分1967年相较于当今被侵蚀程度较小,在遗址核心区山峁顶部可见分散有较多的石块,大部分凸起地表的结构在KH-4B影像上可清晰观察。此外,遗址南北两侧的山峁在60年间已开发用作梯田,坡顶被人为削平,可能破坏部分分散于周边山体的护坡或外围城墙。1967年的遥感数据中大部分山峁台地尚处于未开发状态,可有效寻找和定位潜在的遗迹空间线索。作为陕北台城遗址基础要素的城墙和护坡墙,在阳光斜照情况下可呈现出明显的线性阴影标记,基于这一原理可以对早期遥感影像中的关联要素进行解译和分析。

从KH-4B中观察石摞摞山遗址核心区,可见核心区所处的山峁顶端有一处近似平行四边形的阴影特征,山峁顶端四周靠近坡面处亦存在较为规整的阴影标记,依据其空间形态特征和考古简报所刊布的结果综合考虑,应为城址的内外城墙结构。内城墙现今卫片难以观测其结构,外墙在发掘期间可见部分位于坡面的结构,现今卫片中特征亦较难观测。在城址核心区南侧外围区域则可见部分不连续的线性阴影结构,依据形态及位置推测可能是台城外围的护城墙体。此类结构在沟壑纵横的黄土高原史前台城中较为常见,石峁遗址和芦山峁遗址外围均出现此类依山脊修建的城墙,作为城址外侧防护区构建起台城防御体系的一部分。此外,在核心区东北侧坡地存在不连续的线性阴影,疑似墙体的结构,可能是加固结构和强化防御的护坡墙。这些设施的具体功能以及与遗址核心区的关系还需要实地调查进一步确认。历史卫片所观测的数据反映石摞摞山遗址呈现以山峁台地作为核心据点,依周围山脊修建一定范围的护墙构成城防体系。依据KH-4B卫片所见的阴影遗迹标记,借助立体像对构建基于历史影像的三维重建模型,可勾勒出石摞摞山城址空间特征。

综上所述,KH-4B所见的石摞摞山遗址可明显观察内外城墙、外围城防体系以及位于台城边坡的护坡墙结构。这些遗迹线索多以阴影标记呈现,展现1960年代受侵蚀程度较小的遗址地貌细节,进而更准确地判断城址的空间形态特征。相较于近期拍摄的卫星影像,KH-4B的数据可反映石摞摞山遗址受侵蚀严重的边坡区域存在的遗迹结构,如护坡墙,同时在台城核心区可观察到多个黑色图斑,据早年考古调查情况和发掘结果来看,应该是山顶散落的石块,这些石块分布有一定的规律,可能是台城内部建筑结构遗存。对于历史遥感数据解译的成果,除了结合已刊布之发掘结果进行定性判断外,还需要再度实地复查才能正式判断其属性并评估其保存状态。

历史遥感数据经解密之后是重建考古遗址空间形态的重要线索,这些数据让考古学家拥有“回到过去”的能力,观察和分析接近遗址较早形态的空间信息。从KH-4B影像分析,石摞摞山遗址城墙和护坡墙在影像上的特征较为明显,通过立体像对进一步构建具有三维形态特征的数字沙盘,可更直观反映1960年代石摞摞山遗址的地貌特征,进而深入研究遗址的空间形态特征及其背后的考古学内涵。以KH-4B为代表的历史遥感影像,给石摞摞山遗址等陕北地区龙山时期城址研究提供了来自空间遥感学科方面的新视角。历史遥感数据不仅拓展了遗址研究的空间维度,还赋予遗址空间考古的时间维度,让空间考古与传统考古有机融合,有效解决考古学问题。不仅如此,透过古今航片对比,可以辅助考古学家评估遗址赋存环境的古今一致性,进一步评估遗址本体保存情况、与周围景观的相互关系等信息,促进陕北地区史前城址的考古研究与保护利用。

附记:写作过程中,得到陕西省考古研究院研究员、西北大学文化遗产学院特聘教授张天恩及陕西省考古研究院研究员丁岩两位老师的指导与帮助,谨以谢忱。

(作者单位:兰州大学历史文化学院 西北大学文化遗产学院 国家文物局考古研究中心)

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